俄罗斯常温超导研究获突破 联系化学元素周期性 或-20℃下实现超导

常温超导一直以来都是全球科学家的梦想。可以说，如果谁掌握了研发常温超导的技术，谁就将一跃成为全球科学科技的尖端选手。最近，来自莫斯科物理技术研究院的科学家开创性地设计了一个计算程序，能够准确预测出哪些元素可以与氢（H）结合，从而实现“常温”超导体的可能性。

自20世纪80年代以来，科学家发现一些特殊材料可以利用其外围电子形成稳定的库珀对，实现零电阻的超导体。然而，库珀对的稳定需要声子的振动来保持，所以材料需要冷却到-234.5℃才可以。目前虽然已经发现了许多超导材料，但应用条件十分苛刻，或需冷却到极低的温度、或需高压条件。迄今为止应用条件最温和的超导材料是硫化氢—— -70°C和150万个大气压下。

最近，来自莫斯科物理技术研究院的科学家设计了一个程序，其应用于元素周期表中锕系元素并能够预测哪些元素可以与氢结合，从而形成室温超导体。锕系元素是原子序数从89至103的一系列金属元素（15种），通过对各种金属氢化物在特定温度下导电方式的观察，研究人员发现其在周期表中的位置与超导体间的联系。因此，由化学家阿特姆·奥加诺夫领导的一组研究人员着手开发出一个程序，使锕系氢化物的性质与其超导性相匹配。

寻找一种方法来预测哪些元素可以形成超导材料，其意义不言而喻。想像一下，一根电线内的电子在不碰撞任何内部原子的情况下高速运动，实现能量的0损耗是多么令人激动！这对于面临能源危机的现代世界影响颇深。

俄物理技术研究院首席科学家表示，“超导电性和元素周期表之间的联系最初是由我实验室的学生Dmitry Semenok提出的。他发现的原理非常简单，而且以前从来没有人涉及过，真是太神奇了！”

这种程序的新算法利用锕系元素中的电子排列来预测哪种元素可以与氢协同构建理想的晶格，从而产生强烈的电子-声子相互作用。计算结果发现，在-20°C和150万个大气压下，锕系氢化物具有十分显著的超导特性。虽然这些材料仍需要高压条件，但-20℃的环境绝对是远远超过了前人的成果。这也使“常温”超导真正意义上成为可能。

虽然在超导技术走进我们日常生活之前还有很多困难需要克服，但俄罗斯这一研究成果无疑为我们提供了一个非常广阔的思路。将超导现象（物理）与元素周期性排列（化学）相联系是很有可能使超导技术向前迈出一大步…

文 / 朱张航宇

参考文献：Actinium Hydrides AcH10, AcH12, and AcH16 as High-Temperature Conventional Superconductors, J. Phys. Chem. Lett. 2018, 9, pp 1920–1926.